Nedavno su istraživački tim Li Dabinga i Sun Xiaojuana s Instituta za optiku, finu mehaniku i fiziku Changchun Kineske akademije znanosti i istraživački tim Xu Kea iz Državnog ključnog laboratorija za virologiju Sveučilišta Wuhan proveli inženjering stresa, pripremu uređaja i priprema uređaja za epitaksijalne duboke ultraljubičaste LED diode na bazi AlGaN na AlN/safirnim šablonskim supstratima snažnog tlačnog naprezanja, kao i istraživanje učinkovitosti dezinfekcije ljudskih respiratornih RNA virusa. Pripremljene su duboke ultraljubičaste LED diode na bazi AlGaN s različitim vršnim valnim duljinama od 256 nm, 265 nm i 278 nm, koje su imale odličan učinak dezinfekcije na ljudske respiratorne RNA viruse.
Pozadina:
Ljudski respiratorni RNA virusi, kao što su SARS-CoV-2 i influenca A (IAV), uzrokuju značajan morbiditet, mortalitet, ekonomski gubitak i pandemijske bolesti diljem svijeta. Stoga postoji potreba za razvojem učinkovitijih metoda dezinfekcije površina i okoliša širokog spektra kako bi se smanjio rizik prijenosa ljudskog respiratornog RNA virusa.
Duboko ultraljubičasto svjetlo je učinkovit način za deaktivaciju virusa ometanjem njihovih genoma. Živine žarulje obično se koriste za dezinfekciju virusa, ali imaju nedostatke toksičnosti, lomljivosti, glomaznosti, kratkog vijeka trajanja i stvaranja ozona. Prema Konvenciji Minamata, proizvodnja, uvoz i izvoz proizvoda koji sadrže živu zabranjeni su od 2020. Postoji hitna potreba za ekološki prihvatljivim i učinkovitim proizvodom za dezinfekciju. AlGaN duboke UV LED diode mogu se podesiti od 365 nm do 210 nm i alternativa su sterilizaciji živinom lampom zbog svoje nezagađenosti, male veličine i uštede energije, kao što je prikazano na slici 1.
Studije su pokazale da duboke ultraljubičaste LED diode na bazi AlGaN-a mogu učinkovito deaktivirati bakterije kao što su Escherichia coli, Staphylococcus aureus i Candida albicans, a različite bakterije imaju različitu osjetljivost na različite valne duljine. Valna duljina ispod 260 nm ima dobar inaktivacijski učinak na bakterije. Međutim, istraživanje dezinficirajućeg učinka LED dioda na bazi AlGaN na SAR-CoV-2 i IAV obično je usmjereno na 265~365 nm i ima integrirani način izvora svjetlosti i nisku koncentraciju virusa. Inaktivacija SARS-CoV-2 i IAV pomoću prijenosnijih dubokih UV LED dioda kraće valne duljine temeljenih na AlGaN-u mora se točnije procijeniti.
Duboke UV LED diode temeljene na AlGaN tipično su heteroepitaksijalne na šablonama od AlN/safira. Tijekom posljednja dva desetljeća visokokvalitetni šabloni AlN/safir dobiveni su različitim metodama, među kojima je metoda žarenja na visokoj temperaturi možda najperspektivnija industrijska primjena zbog svoje jednostavnosti, učinkovitosti i stabilnosti. Međutim, visokotemperaturne vruće žarene šablone AlN/safira obično pokazuju jaka tlačna naprezanja, koja mogu značajno utjecati na kvalitetu gornjeg AlGaN.
S jedne strane, snažno tlačno naprezanje može potaknuti obrazac rasta SK, što rezultira trodimenzionalnom otočnom strukturom koja proizvodi dislokacije niti visoke gustoće i hrapave površine. S druge strane, jako tlačno naprezanje može uzrokovati učinak vuče, što rezultira nehomogenim sastavom i niskom učinkovitošću dopiranja. Osim toga, jaka tlačna naprezanja vjerojatno će degradirati uređaj tijekom procesa proizvodnje. Stoga je relaksacija jakog tlačnog naprezanja neophodna za epitaksijalne uređaje na predlošku AlN/safir jakog tlačnog naprezanja.
Istaknuti rezultati istraživanja:
Kao odgovor na gore navedene probleme, istraživački tim Li Dabinga i Sun Xiaojuana s Instituta za optiku, finu mehaniku i fiziku Changchun Kineske akademije znanosti i istraživački tim Xu Kea iz Državnog ključnog laboratorija za virologiju Sveučilišta Wuhan proveli su stres inženjering, priprema uređaja i priprema uređaja za epitaksijalne duboke ultraljubičaste LED diode na bazi AlGaN na podlogama šablona od AlN/safira snažnog tlačnog naprezanja, kao i istraživanje učinkovitosti uređaja u dezinfekciji ljudskih respiratornih RNA virusa.
Utvrđeno je da se umetanjem superrešetkaste strukture između AlN/safir supstrata s jakim tlačnim naprezanjem i epitaksijalnog sloja AlGaN snažno tlačno naprezanje supstrata na epitaksijalnom sloju može učinkovito ublažiti, a gustoća dislokacija epitaksijalnog sloja AlGaN je smanjen za više od jednog reda veličine u usporedbi s izravnom epitaksijalnom metodom, a površina ima spljoštenost na atomskoj razini, što može značajno poboljšati kvalitetu sučelja epitaksijalne LED diode.
Na temelju ove metode, istraživački tim proizveo je duboke ultraljubičaste LED diode na bazi AlGaN s različitim vršnim valnim duljinama od 256 nm, 265 nm i 278 nm, što odgovara optičkim snagama od 6,8 mW, 9,6 mW i 12,5 mW pri 100 mA.
U isto vrijeme, istraživački tim proučavao je učinak dezinfekcije različitih valnih duljina na ljudske respiratorne RNA viruse SARS-CoV-2, IAV i humani virus parainfluence (HPIV) pri istoj gustoći optičke snage (0. 8 mW/cm2). Rezultati su pokazali da sve LED diode valne duljine dezinficiraju 100% SARS-CoV-2 i IAV unutar 60 sekundi pri koncentraciji virusa od 3,8×105 PFU/mL. Među njima, LED diode od 256 nm mogu dezinficirati 100% SARS-CoV-2 i IAV u 10 sekundi, pokazujući veću učinkovitost dezinfekcije od LED dioda dugih valnih duljina.
Osim toga, pri višim koncentracijama virusa i različitim površinama za pričvršćivanje virusa, 256 nm-LED diode također su pokazale izvrsne učinke dezinfekcije. Ovi rezultati pomoći će dubokim UV LED diodama da dezinficiraju viruse na prijenosniji, ekološki prihvatljiviji, širokog spektra i učinkovitiji način.
Slika 1. Radna valna duljina i struktura duboke ultraljubičaste LED diode na bazi AlGaN i njezina primjena u području dezinfekcije
Rad se temelji na temi "Brza inaktivacija ljudskih respiratornih RNA virusa dubokim ultraljubičastim zračenjem iz dioda koje emitiraju svjetlost na predlošku AlN/Sapphire žarenom na visokoj temperaturi" Ovaj naslov je objavljen u Opto-Electronic Advances, broj 9, 2023. .
